1Hz Sinusoszillator - Multisim

Lassen Sie uns das Projekt so definieren, wie ich es von einem Sr. Analog Design Eng mit > 5 Jahren Erfahrung erwarten würde, den ich einmal in Betracht gezogen habe einzustellen. Mit mehr Erfahrung gute Messungen in einem Logbuch wie AV, vs. Rs vs. Anstiegszeit.

Bei 1 Hz ist die Startzeit 10^3-mal langsamer als bei 1 kHz, verwendet jedoch die gleiche Anzahl von Zyklen. Ein Xtal-Oszillator mit einem Q von 10.000 kann > 1000~10.000 Zyklen zum Starten benötigen, da dies vom Q und der spektralen Dichte der Schrittspannung oder dem Rauschen im BW des BP-Resonators abhängt, was die Startbedingung für eine positive Rückkopplungsoszillation ist .

Alle Spezifikationen nur bei Raumtemperatur

• Vout: Bipolarer Sinus 1,00 Hz +/-1 %
  • Amplitude: +/-2,8 Vp min., +/-3 Vp max
  • Verzerrung: <1 % THD
• Eingang: +/-5V bis +/-15Vdc, 1mA max
• Anlaufzeit: < 20 Zyklen.

Eng. Anmerkungen:

• Verwenden Sie einen Phasenverschiebungsoszillator, der sich selbst aus positiver Rückkopplung regeneriert
• positive Schleife H(f) wenn Zseries=Zshunt (RC) = 50% mit 180 Grad Phasenverschiebung f=1Hz}
• positive Schleifenverstärkung = 1 + |Av|
• negative Schleifenverstärkung:
  • wenn Av = -2,0 für riesiges Q, super lange Startzeit
  • wenn Av > |-10 | , Q wird reduziert und der Ausgang wird gesättigt, selbst wenn die Spitzendiodenrückkopplung eine hässliche Pulswelle ergibt.
  • Betrachten Sie Av = -2,1 und reduzieren Sie dann die Verstärkung auf 1,9, wenn Vout Vp = 3 V mit weicher Strombegrenzung erreicht
    • dies reduziert Spitzenkompression und THD
    • Erwägen Sie die Verwendung von 5-mm-LEDs für Blau, Weiß, die ~ 3 V bei 10 mA, aber nur ~ 2,8 V bei 50 uA oder so als Back-to-Back-Zener sind

Nimm 1.

• Av = 2,1, 1 / (2piRC) = 1 Hz C = 100 nF, R = 1,57 M nur für Falstad Sim , wählen Sie später std 0,1%-Teile.
• Env Range: 20~30'C Diodentemperaturkompensation -4mV/'C nicht erforderlich.
• Verwenden Sie weiße und blaue LED Rücken an Rücken in der Rückkopplung, wobei der Strom durch das R-Verhältnis 5 bis 10x Rf begrenzt ist, das für eine lineare negative Rückkopplung verwendet wird, um Av = 2,1 zu erhalten

• Die Auswahl von Rs für LEDs wirkt sich stark auf Vout aus, da sich die VI-Kurve im exponentiellen Bereich befindet, lange bevor ESR wirksam wird. Daher kann die Vout-Spitze mit diesen wahrscheinlich 50% mit 50% Variation von Rs unter Verwendung von Av = 2,1 eingestellt werden. Ich verwende 3x Rf

• Av ist nur 5 % mehr als für Oszillation 0,1/2,0 erforderlich, also erwarte ich 5 % sanfte Kompression, die bei 10 % des gesamten Signals < 1 % THD sein wird.

  

Designvalidierungstest (DVT)

OK ... 1 Hz Fehler 1 % max.
OK ... +/-3 V Fehler 3,5 V mit Rs (LED) = 50 k und 2,96 V mit 30 k, < 1 % Fehler bei 25 °C

Ein anderer Ansatz, den ich 1977 mit 4 Jahren Erfahrung mit CD4xxx-Logik (2 Jahre in Univ + 2 Jahre in der Luft- und Raumfahrt) gemacht haben könnte, ist CMOS gerade mit CD4060-Taktbinär- und R-Sinusleiternetzwerk unter Verwendung von Q4 ~ Q10 als DAC-Ausgänge mit 1024-Hz-Relaxation herausgekommen Uhr mit Schmitt-Trigger.

Hier war meine Version des Schieberegisters vor dem Filtern. (um 1976)

F&E-Zeit 15 Minuten.
Dokumentation 20 Minuten.

Sinusoszillatoren starten langsam, wenn es nicht viel zusätzliche Verstärkung über dem theoretischen Minimum gibt (das ist die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises = 1). Zusätzliche Verstärkung lässt die Amplitude wachsen, bis etwas stark genug zu verzerren beginnt. Oft gibt es eine Diodenschaltung, die die Verstärkung reduziert, nachdem die gewünschte Amplitude erreicht ist. Sie haben dasselbe versucht.

Um die Verzerrung niedrig zu halten, sollte die zusätzliche Verstärkung sehr klein sein – so klein, dass nicht viel Verzerrung benötigt wird, um die Verstärkung auf genau = 1 zu reduzieren. Das verlangsamt den Start. Simulieren Sie einen 100- oder 1000-Hertz-Oszillator, um zu sehen, wie viele Schwingungszyklen erforderlich sind, um die Amplitude mit ausreichend geringer Verzerrung zu erhöhen. Wenn Sie es bei 1 Hz nicht akzeptieren können (sagen wir 500 Zyklen, das bedeutet 500 Sekunden bei 1 Hz), benötigen Sie eine cleverere Lösung zur Reduzierung der Verstärkung. Betrachten Sie zum Beispiel eine geeignete AGC-Schaltung, die die Spitzenausgangsamplitude misst und die Verstärkung linear reduziert, nicht durch Beschneiden wie bei Diodenschaltungen.

Oder: Haben Sie mehr Verstärkungsreduktionsstufen als nur eine.

Sie können auch einen Hochlauf-Timer haben, der die Verstärkung reduziert, bevor ernsthafte Verzerrungen auftreten.